專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件。
技術背景
光學打印機等的光學寫入頭采用自掃描式發(fā)光元件陣列。這種自掃描式發(fā)光元 件陣列包括依次發(fā)光的多個元件。每個元件包括具有pnpn結構的發(fā)光晶閘管，其用作 發(fā)光元件；以及切換晶閘管，其用于依次切換向各個發(fā)光晶閘管的電力供應。
這里，對于每個發(fā)光晶閘管來說，當相應的切換晶閘管變?yōu)镺N(接通)時，柵 極電壓升高，從而使發(fā)光晶閘管變?yōu)橐呀油顟B(tài)。另一方面，當相鄰的切換晶閘管變?yōu)?接通時，需要將已經接通的發(fā)光晶閘管關斷(變?yōu)镺FF)。為此，需要設置柵極負載電 阻，當切換晶閘管接通時，該柵極負載電阻將柵極電壓保持在高電壓，并且當切換晶閘 管變?yōu)殛P斷時，該柵極負載電阻允許電流向電源流動，以便迅速地降低發(fā)光晶閘管的柵 極電壓。
JP-A-2003-249681描述了采用形成為島狀的柵極層作為柵極負載電阻的自掃描 式發(fā)光元件陣列。這里，在JP-A-2003-M9681所描述的自掃描式發(fā)光元件陣列中，采用 肖特基勢壘極管作為各自將兩個切換晶間管的柵極彼此連接的耦合二極管。
JP-A-2007-250853披露了發(fā)光晶閘管的柵極層和柵極負載電阻形成為連續(xù)的半 導體層的構造。
在自掃描式發(fā)光元件陣列中，當柵極層還作為用于使電流向電源流動的柵極負 載電阻使用時，需要特定數(shù)量級的長度。這已經導致發(fā)光元件的面積較大。發(fā)明內容
[1]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種發(fā)光元件包括切換晶閘管、發(fā)光晶閘管和直立 式柵極負載電阻。所述切換晶閘管包括第一陽極層、第一柵極層和第一陰極層，并且在 將電壓施加在所述第一陽極層和所述第一陰極層之間的狀態(tài)下，所述切換晶間管根據(jù)所 述第一柵極層的電位變?yōu)榻油ɑ蛘哧P斷。所述發(fā)光晶間管包括第二陽極層、第二柵極 層和第二陰極層，并且當所述切換晶閘管變?yōu)榻油〞r，所述發(fā)光晶閘管根據(jù)所述第二柵 極層的電位變?yōu)榻油?，所述第二柵極層設置為與所述第一柵極層所共用的層，所述第二 陽極層和所述第二陰極層中的一者設置為所述第一陽極層或者所述第一陰極層所共用的 層，所述第二陽極層和所述第二陰極層中的另一者設置為與所述第一陽極層和所述第一 陰極層分離的層。所述直立式柵極負載電阻設置在所述第一柵極層上并位于電源線下 面，并且所述柵極負載電阻對從所述第一柵極層和所述第二柵極層向所述電源線流動的 電流進行限制。
根據(jù)第[1]項所描述的構造，直立式電阻的采用減小了發(fā)光元件的面積。
[2]在第[1]項所描述的發(fā)光元件中，所述柵極負載電阻包括肖特基二極管，所述 肖特基二極管是通過將肖特基電極布置在所述第柵極層和所述電源線之間而形成的。
[3]在第[1]項所描述的發(fā)光元件中，所述柵極負載電阻包括薄膜電阻，所述薄膜 電阻設置在所述第一柵極層和所述電源線之間。
根據(jù)第[2]項所描述的構造，肖特基二極管的采用實現(xiàn)了有效的直立式電阻。
根據(jù)第[3]項所描述的構造，薄膜電阻的采用實現(xiàn)了有效的直立式電阻。
[4]在第[3]項所描述的發(fā)光元件中，所述薄膜電阻沿著與所述第一柵極層相交的 方向延伸。
[5]在第[2]項所描述的發(fā)光元件中，所述第一柵極層的位 于所述肖特基電極和所 述發(fā)光晶閘管之間的部分被去除，從而從所述肖特基電極延伸到所述第一柵極層的路徑 形成所述肖特基電極和所述發(fā)光晶閘管之間的細長(經延長)的接觸部分。


基于下列附圖，對本發(fā)明的示例性實施例進行詳細說明，其中
圖1是示出根據(jù)一個實施例的等效電路的簡圖2是示出根據(jù)一個實施例的發(fā)光元件的截面視圖的簡圖3是示出根據(jù)一個實施例的發(fā)光元件的平面視圖的簡圖4是示出根據(jù)一個實施例的發(fā)光元件的等效電路的簡圖5是示出肖特基二極管的I-V特性的簡圖6是示出根據(jù)另一個實施例的發(fā)光元件的平面視圖的簡圖7是示出根據(jù)另一個實施例的發(fā)光元件的平面視圖的簡圖8是示出根據(jù)圖7所示實施例的發(fā)光元件的截面視圖的簡圖9是示出根據(jù)另一個實施例的發(fā)光元件的截面視圖的簡圖10是對根據(jù)圖9所示實施例的發(fā)光元件的制造過程進行說明的平面視圖；以 及
圖11是對根據(jù)圖9所示實施例的發(fā)光元件的制造過程進行說明的截面視圖。
具體實施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
圖1是根據(jù)一個實施例的發(fā)光元件的等效電路圖(在下面的說明中，由多個發(fā)光 元件構成的自掃描式發(fā)光元件陣列也稱為發(fā)光元件)。自掃描式發(fā)光元件陣列包括切換部 分100和發(fā)光部分200。
切換部分100包括切換晶閘管Si、S2、S3……耦合二極管Dl、D2、D3……(D)，其用于將切換晶閘管S的柵極彼此連接；以及柵極負載電阻Rg。這里，如 稍后所述，各個耦合二極管D形成為與各個切換晶閘管S的柵極層和陰極層一起制造出 的層。此外，第一切換晶閘管Sl的柵極不僅與耦合二極管Dl的陽極連接，而且與二極 管DO的陰極連接。此外，發(fā)光部分200具有發(fā)光晶閘管Li、L2、L3……，這些發(fā)光晶 閘管的柵極形成為與相應的切換晶閘管S的柵極是共用的。
電源VGA通過VGA線2與各個柵極負載電阻Rg的一端連接。柵極負載電阻 Rg的另一端與相應的切換晶閘管S和相應的發(fā)光晶閘管L的柵極連接。時鐘脈沖Φ 1經 由電流限制電阻Rl和Φ1線4提供給第奇數(shù)個切換晶閘管Si、S3……的陰極。時鐘脈沖Φ2經由電流限制電阻R2和Φ2線6提供給第偶數(shù)個切換晶閘管幻、S4……的陰極。 此外，發(fā)光晶閘管Li、L2……的陰極與(3^線8連接。這里，切換晶閘管S和發(fā)光晶閘 管L的陽極與陽極電源連接。
此外，每個切換晶閘管S的柵極依次通過耦合二極管D與下一級的切換晶閘管S 的柵極連接。這里，第一切換晶閘管Sl的柵極通過耦合二極管Dl與Φ2線6連接。
在本說明書中，圖7所示自掃描式發(fā)光元件陣列芯片也稱為SLED(自掃描式發(fā) 光器件)。
在SLED中，采用交替H(高)電平和L(低)電平的互補脈沖信號作為時鐘脈 沖Φ1禾口 Φ2。
例如，在圖1中，可以假定Φ2線6和VGA線2處于低電平(-5V)，Φ1線 4處于高電平(OV)，并且切換晶閘管S2接通。于是，切換晶閘管幻的柵極處于高電平 (例如0V)。在此時，由于與耦合二極管D2的接通狀態(tài)電壓相等的電壓降，切換晶閘管 S3的柵極的電壓處于例如-1.5V，而切換晶閘管S4的柵極的電壓大致為-3V，切換晶閘 管S4的柵極的電壓比切換晶閘管幻的柵極的電壓低的量是耦合二極管D3的接通狀態(tài)電 壓。
于是，當Φ2線6變?yōu)楦唠娖讲⑶姚?線4變?yōu)榈碗娖綍r，切換晶閘管S2變?yōu)?關斷并且切換晶閘管S3變?yōu)榻油ā亩?，切換晶閘管S3的柵極的電壓變?yōu)槔?V。 于是，由于與耦合極管D2的接通狀態(tài)電壓相等的電壓降，切換晶閘管S4的柵極的電壓 變?yōu)?1.5V。此外，關斷狀態(tài)下的切換晶閘管S2的柵極的電壓通過柵極負載電阻Rg變 為電源VGA的電平。如上，當時鐘脈沖Φ1和Φ2交替變?yōu)榈碗娖綍r，切換晶閘管S依 次變?yōu)榻油ā?br> 這里，在初始步驟，當Φ1線4被設定為低電平并且Φ2線6被設定為高電平 時，切換晶閘管Sl變?yōu)榻油?。此后，如上所述，當?線4和Φ2線6在低電平和高電 平之間交替切換時，可以在切換晶閘管S中實現(xiàn)自掃描。
這里，在各個發(fā)光晶閘管L中，將信號Φ3提供給發(fā)光晶閘管的陰極。于是，當 信號Φ3處于低電平時，其相應的切換晶閘管S變?yōu)榻油ǖ陌l(fā)光晶閘管L變?yōu)榻油?。?就是說，當相應的切換晶閘管S接通時，共用的柵極處于高電平。從而，發(fā)光晶閘管L 也變?yōu)榻油?。相反，在信號?處于高電平的情況下，即使當相應的切換晶閘管S接通 時，發(fā)光晶閘管L的陰極也處于高電平，因此發(fā)光晶閘管L仍保持關斷。
如上，在切換晶閘管S依次接通的過程中，當信號Φ3被設定為高電平或者低電 平時，可以對發(fā)光晶閘管L的發(fā)光進行控制。
圖2是根據(jù)一個實施例的發(fā)光元件的主要部分的截面視圖。圖3是示出多個發(fā) 光元件的平面視圖。這種發(fā)光元件是采用P型基板10的陽極共用式發(fā)光元件。
如圖2所示，在ρ型基板10上按照順序疊置有ρ型外延層(陽極層)11、η型外 延層(η型柵極層)12、ρ型外延層(ρ型柵極層)13以及η型外延層(陰極層)14、16和 18。
陰極層14構成發(fā)光晶閘管L的陰極層。陰極層16構成切換晶閘管S的陰極層。 陰極層18構成耦合二極管D的陰極層。
此外，在陰極層14上形成有發(fā)光晶閘管L的陰極電極15。在陰極層16上形成有切換晶閘管S的陰極電極17。在陰極層18上形成有耦合二極管D的陰極電極19。
此外，在ρ型基板10的背面上形成有背面電極(陽極)31，并且背面電極31用 作切換晶閘管S以及發(fā)光晶閘管L的陽極。此外，在P型外延層(P型柵極層)13上形成 有柵極電極20，并且柵極電極20用作切換晶閘管S和發(fā)光晶閘管L的共用柵極的柵極電 極。
然后，在ρ型柵極層13上形成有肖特基電極23，從而形成有允許電流從該ρ型 柵極層向鋁配線40流動的肖特基二極管Μ，肖特基二極管M作為柵極負載電阻Rg。
如圖3所示，各個柵極負載電阻Rg的肖特基電極23與電源線VGA連接，而柵 極電極20與相鄰發(fā)光元件的陰極電極19連接。此外，切換晶閘管S的陰極電極17與 Φ1線4連接，而發(fā)光晶閘管L的陰極電極15與信號線φ8連接。此外，在相鄰的發(fā)光 元件中，切換晶閘管S的陰極電極17與控制線(即Φ2線6)連接。
也就是說，對于Φ 1線和Φ 2線而言，Φ 1線與排列成行的發(fā)光元件的第奇數(shù)個 發(fā)光元件的陰極電極17連接，而Φ2線與第偶數(shù)個發(fā)光元件的陰極電極17連接。此外， 各個耦合二極管D的陰極電極19與相鄰發(fā)光元件的柵極電極20連接。
于是，在電極間的配線中使用鋁配線40。也就是說，形成有覆蓋整個發(fā)光元件 的層間絕緣膜41。然后，在這些電極上的層間絕緣膜41中形成有接觸開口。此后，以 預先設定的圖案形成覆蓋接觸開口的鋁配線40。
這里，在陰極層14中以及在陰極電極15、17、19和形成在ρ型柵極層13上的 柵極電極20中，可以通過采用金電極來實現(xiàn)電阻性接觸。
如上，根據(jù)本實施例，柵極負載電阻Rg包括肖特基二極管，該肖特基二極管是 在電源線VGA的鋁配線通過肖特基電極23與ρ型柵極層13連接時形成的。在現(xiàn)有技術 中，柵極負載電阻部分形成為與發(fā)光晶閘管部分分離。于是，在對ρ型柵極層13的處理 步驟中同時形成在柵極負載電阻部分中的ρ型外延層被用來形成柵極負載電阻。這導致 了柵極負載電阻Rg的面積較大。
根據(jù)本實施例，柵極負載電阻Rg在電源線VGA的鋁配線的正下面包括肖特基 二極管對。這顯著地減小了由柵極負載電阻Rg占用的面積。
圖4示出了本實施例中的等效電路。如上，柵極負載電阻Rg包括肖特基二極管 M和電阻25。這里，電阻25是從肖特基二極管M延伸到發(fā)光晶閘管的ρ型柵極層13 的串聯(lián)電阻。
這里，在ρ型柵極層13上制造出鋁電極的接觸面積為2 μ mX 2 μ m的肖特基結 構，然后對其I-V特性進行研究。在圖5中示出結果。如圖5所示，正向電壓是-0.77V， 并且串聯(lián)寄生電阻值大致為3.0kQ。然后，在假定VGA = _3.3V且接通狀態(tài)柵極電壓 = _0.3V的情況下，可以從圖中看出與-3V電壓對應的電流大致為-0.6mA。如上，肖特 基電極23用作柵極負載電阻Rg的代替物。
金、鋁、鉬、鈦、鉬、鎢、硅化鎢和硅化鉭可以用作肖特基電極的材料。
[其他實施例]
圖6示出了根據(jù)另一個實施例的構造。在本實施例中，肖特基電極23設置在發(fā) 光元件的邊緣部分中。然后，在肖特基電極23和發(fā)光晶間管等之間設置有至少ρ型柵極 層13被去除的缺口，從而從肖特基電極23延伸到發(fā)光晶閘管L的ρ型柵極層的路徑形成6電阻值增大的細長的ρ型柵極層13。該電阻值隨著肖特基電極23的尺寸減小而增大。 盡管如此，過小的尺寸也會導致難以控制接觸部分的尺寸，因而導致電阻值的波動。在 本實施例中，即使當所采用的肖特基電極23尺寸較大時，也可以獲得較大的總電阻值。
圖7示出了根據(jù)又一個實施例的構造。在本實施例中，耦合二極管D包括肖特 基二極管。也就是說，耦合二極管D是通過在ρ型柵極層13上形成肖特基電極23然后 將該電極與鋁配線40連接而形成的。圖8示出了其截面視圖。如圖8所示，在耦合二 極管D中去除了陰極層18，然后在ρ型柵極層13上形成肖特基電極觀，然后將肖特基電 極觀與鋁配線40連接。
根據(jù)本實施例，耦合二極管D也可以構造成肖特基二極管的形式。這樣，這里 的電壓降的量值是可選擇的。這允許在對切換晶閘管S中的切換操作進行設定時有更高 的靈活性。
圖9示出了再一個實施例。在本實例中，設置有電阻膜沈來代替肖特基電極 23。也就是說，柵極負載電阻Rg設置在形成于ρ型柵極層13上的金電極27和鋁配線40 之間。從而，當電阻膜沈用作直立式柵極負載電阻Rg時，可以避免對繞開ρ型柵極層 13的需要。這樣，可以獲得這樣的效果減小了柵極負載電阻Rg的面積以及總面積。
圖10和圖11示出了根據(jù)圖9所示實施例的發(fā)光元件的形成過程。直到形成與 鋁配線的接觸為止的處理步驟已經完成。此外，金電極27、19、17、20和15以及由二 氧化硅制成的層間絕緣膜41已經被制出。從此狀態(tài)開始，首先在待形成層間絕緣膜41 的柵極負載電阻Rg的部分中制出到達金電極27的接觸孔。然后，在該接觸孔中形成電 阻膜沈。該電阻膜沈是以這樣的方式制成的通過濺射處理等形成電阻膜，該電阻膜 覆蓋包括如上所述形成的接觸孔的整個表面。然后，通過蝕刻處理去除電阻膜的除接觸 孔上方的部分之外的部分。在此時，保留下來的電阻膜面積比接觸孔稍大，從而該電阻 膜與層間絕緣膜41略微重疊。這里，電阻膜沈可以由例如非晶硅、金屬陶瓷(鉻 氧 化硅，鉭·氧化硅，鈮·氧化硅)、二氧化釕、氮化鉭等制成。
然后，在另一個電極上形成另一個接觸孔。然后，在包括該接觸孔和電阻膜沈 的整個表面上形成鋁膜。此后，去除該鋁膜的除預定部分之外的部分，以便形成所需的 鋁配線40。
在本實施例中，不是使用肖特基電極23作為電阻，而是在電阻性電極(金電極 27)上形成電阻膜沈，然后通過鋁配線40形成連接。
這種構造還實現(xiàn)了直立式柵極負載電阻Rg，因而獲得了這樣的效果減小了由 柵極負載電阻Rg占用的面積。
具體來說，直立式柵極負載電阻，即電阻膜沈沿著至少與ρ型柵極層13相交的 方向延伸。
這里，已經就采用ρ型基板的pnpn結構的情況對以上給出的實施例的實例進行 了說明。然而，可以將P屬性和η屬性對調。也就是說，可以采用使用η型基板的ηρηρ 結構。在這種情況下，陽極層和陰極層的位置也要互換。也就是說，陰極層對于切換 晶閘管和發(fā)光晶閘管是共用的，而切換晶閘管的陽極層形成為與發(fā)光晶閘管的陽極層分1 。
上述實施例中的發(fā)光元件不限于在使用電子照相系統(tǒng)的圖像中中使用。例如，除電子照相記錄之外，發(fā)光元件還可以用于顯示、照明、光學通信和光學寫入t
權利要求
1.一種發(fā)光元件，包括切換晶間管，其包括第一陽極層、第一柵極層和第一陰極層，并且在將電壓施加在 所述第一陽極層和所述第一陰極層之間的狀態(tài)下，所述切換晶間管根據(jù)所述第一柵極層 的電位變?yōu)榻油ɑ蛘哧P斷；發(fā)光晶閘管，其包括第二陽極層、第二柵極層和第二陰極層，并且當所述切換晶閘 管變?yōu)榻油〞r，所述發(fā)光晶間管根據(jù)所述第二柵極層的電位變?yōu)榻油ǎ龅诙艠O層 設置為與所述第一柵極層所共用的層，所述第二陽極層和所述第二陰極層中的一者設置 為與所述第一陽極層或者所述第一陰極層所共用的層，所述第二陽極層和所述第二陰極 層中的另一者設置為與所述第一陽極層和所述第一陰極層分離的層；以及柵極負載電阻，其設置在所述第一柵極層上并位于電源線下面，并且所述柵極負載 電阻對從所述第一柵極層和所述第二柵極層向所述電源線流動的電流進行限制。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述柵極負載電阻包括肖特基二極管，所述肖特基二極管是通過將肖特基電極布置 在所述第一柵極層和所述電源線之間而形成的。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光元件，其中，所述柵極負載電阻包括薄膜電阻，所述薄膜電陽設置在所述第一柵極層和所述電源 線之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)光元件，其中，所述薄膜電阻沿著與所述第一柵極層相交的方向延伸。
5.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)光元件，其中，所述第一柵極層的位于所述肖特基電極和所述發(fā)光晶間管之間的部分被去除，從而 從所述肖特基電極延伸到所述第一柵極層的路徑形成所述肖特基電極和所述發(fā)光晶閘管 之間的細長的接觸部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光元件。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該發(fā)光元件包括切換晶閘管、發(fā)光晶閘管和直立式柵極負載電阻。該切換晶閘管包括第一陽極層、第一柵極層和第一陰極層。該發(fā)光晶閘管包括第二陽極層、第二柵極層和第二陰極層。該直立式柵極負載電阻設置在第一柵極層上并位于電源線下面，并且該柵極負載電阻對從第一柵極層和第二柵極層向電源線流動的電流進行限制。
文檔編號H01L33/00GK102024835SQ201010120309
公開日2011年4月20日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權日2009年9月17日
發(fā)明者大野誠治 申請人:富士施樂株式會社